CN104197577B - 一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，其包括：置于乙烯裂解炉余热排出段的烟气余热换热器，依次连接于烟气余热换热器高温出口的高温、中温和低温蒸汽换热器，低温蒸汽换热器低温出口通过管道、阀门及载热流体循环泵与烟气余热换热器低温入口相连；还包括吸收制冷机组、载冷流体循环泵和后续用冷工艺段；吸收式制冷机组的发生器置于乙烯裂解炉的余热排出段；吸收式制冷机组的蒸发器对外出口通过载冷流体循环泵连接后续用冷工艺段低温入口，后续用冷工艺段高温出口连接吸收式制冷机组蒸发器对外入口；可分温位的实现余热高效转换，提高能源利用率，工艺设备减化。

Description

一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置

技术领域

本发明涉及石油化工及能源领域，特别涉及一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置。该装置可以将乙烯裂解炉烟气余热，尤其是低品质余热直接高效转换为制冷量，供乙烯装备后续工艺段使用，从而提高乙烯装备的能源利用效率，达到节能的目的。

背景技术

乙烯作为一种重要的原料，全球每年有巨大的需求量，为满足需要，全球已建立了众多的不同产能规模的乙烯生产装置。现有的乙烯生产装置，大多以石油产品(如石脑油)为原料，采用热裂解方式获得混合气，再由后续工段制取乙烯产品。原料在裂解炉内经过预热、汽化和裂解三个阶段，由裂解炉内的燃烧器提供所需热量。汽化和裂解(尤其是裂解)都发生在较高温度下，且所需热能远大于预热，从而不可避免地要产生大量的烟气余热。

目前，通常采用制取水蒸汽方式回收这部分余热(如图1,F为乙烯裂解炉，S为余热排出段的烟气余热换热器，HH为高温蒸汽换热器，MH为中温蒸汽换热器，LH为低温蒸汽换热器)，所产生的水蒸汽用于后续工艺段中驱动蒸汽轮机(带动压缩机、泵等)和加热，其中相当一部分用于为后续工艺段的制冷系统提供动力。一方面，为了保证系统的全年正常工作，整个装置的能量平衡点以最大需求(通常为冬季工况)为设计基准，这就会造成其它工况蒸汽的剩余，使余热不能得到充分利用。另一方面，为了保证装置的产能，这些工况下，后续工艺段往往又需要更多的制冷量。

现有乙烯装置后续的分离工艺段需要用到从环境温度直至-160℃左右大量的、不同温度的制冷量。目前，这些制冷量都采用压缩制冷获得，这些压缩制冷系统的压缩机部分由蒸汽轮机驱动(蒸汽来源于裂解炉烟气余热回收)，如丙烯冷冻压缩机(产生从室温至-40℃左右的多个温位制冷量)，乙烯冷冻压缩机(由丙烯制冷系统冷却形成复叠制冷系统)。这些过程中，实际上进行的是将烟气余热转换为不同温位制冷量的过程。上述将烟气余热转换为不同温位制冷量的过程中，历经了将烟气余热由换热器转换为高温、高压蒸汽，将高温、高压蒸汽由蒸汽轮机转换为机械能，再将机械能驱动压缩机由压缩制冷系统转换为不同温位制冷量的多个能量转换过程，上述每一步转换中还涉及多个热力过程，整个烟气余热利用工艺经历了从热能到压力能(蒸汽)、由压力能到机械能和再由机械能到热能(制冷量)的三次能量转换。通常来讲，随着能量转换过程的增多，不仅会导致产生不可逆损失的因素增多(可能使能量利用效率降低)，而且还可能带来系统的复杂性增加(常使设备投资增加，可靠性下降)。

热驱动制冷技术经过多年发展，已在一些领域发挥了重要作用，如空调制冷。近年来，随着节能环保理念的深化，该技术得到进一步的快速发展。热驱动制冷技术可以直接将热能转换为不同温位的制冷量，尤其是吸收式制冷和吸附式制冷还可以高效利用温位较低(低品位)的热能，如，溴化锂吸收式制冷，在少量输入机械功下(驱动溶液泵等)，将约120℃热能转换为7℃-10℃制冷量的制冷系数达到1.0左右(即输入1份热能获得接近1份的制冷量)，这是目前其它转换技术所无法期待的。目前热驱动制冷技术中最为成熟，也是最容易实现大型化的是吸收式制冷。吸收式制冷的机制通常以所用的工质对区分，虽然见于研究报道的工质对有很多种，但当前较为成熟的有两种：1.溴化锂-水吸收式制冷剂。其制冷剂为水，可用于制取室温以下直至0℃以上的冷量；2.氨-水吸收式制冷机。其制冷剂为氨，可用于制取室温直至-60℃的不同温位的冷量。上述吸收式制冷剂可以高效地利用200℃以下的低温余热，将其转换为不同温位的冷量，而且还可以利用不同流程、循环结构或组合，适应利用多温位余热转换需要。

目前，从技术层面讲，吸收式制冷已可实现利用低品位(200℃以下)的热能高效制取室温至-50℃任何温位的制冷量。从整个乙烯装置工艺流程上讲，裂解工艺段有大量的余热(包括由其产生的蒸汽)，尤其是大量200℃以下的低品位热能并未得到充分利用，而在分离段又需要从室温直至约-160℃多温位的大量的制冷量，其中约-40℃以上的这部分制冷量(现有装置中采用由高压蒸汽驱动的压缩制冷系统获取，如图2所示)完全可以采用吸收式制冷，利用裂解工艺段产生的200℃以下的低品位热能直接转换获取。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，可更加高效利用乙烯裂解炉烟气余热，以吸收式制冷直接制取从室温至约-40℃不同温位的制冷量，代替现有乙烯装置中的丙烯制冷系统(先将烟气余热转换为高压蒸汽，再由高压蒸汽驱动压缩制冷)，使乙烯裂解炉的200℃以下的低品位余热得到更加有效和充分的利用，而且使工艺得到简化。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，其为采用乙烯裂解炉烟气的部分余热，尤其是200℃以下的低品位余热驱动的制冷装置；如图3所示，本发明提供的利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置包括：置于乙烯裂解炉F余热排出段的烟气余热换热器S，依次连接于所述烟气余热换热器S高温出口的高温蒸汽换热器HH、中温蒸汽换热器MH和低温蒸汽换热器LH，所述低温蒸汽换热器LH的低温出口通过管道，阀门及载热流体循环泵PH与所述烟气余热换热器S低温入口相连；其特征在于，还包括：吸收制冷机组A、载冷流体循环泵PR和后续用冷工艺段R；

所述吸收式制冷机组A的发生器置于乙烯裂解炉F的余热排出段；吸收式制冷机组A的蒸发器对外出口通过载冷流体循环泵PR连接后续用冷工艺段R的低温入口，后续用冷工艺段R的高温出口连接吸收式制冷机组A的蒸发器对外入口。

如图4所示，所述的吸收式制冷机组A由n个并列的产生不同温度冷量的分吸收式制冷机组(A1，A2，……An)组成；相应的，载冷流体循环泵PR分别由并列的n个载冷流体循环泵(PR1，PR2，……PRn)组成，后续用冷工艺段R分别由并列的n个后续用冷工艺段(R1，R2，……Rn)组成，所述n为1～50的正整数；其连接方式为：吸收式制冷机组A的每一个分吸收式制冷机组的发生器分别置于乙烯裂解炉F的余热排出段，以直接吸收乙烯裂解炉F余热；每一个分吸收式制冷机组的蒸发器对外出口分别通过各自的载冷流体循环泵连接各自的后续用冷工艺段的低温入口；每一个后续用冷工艺段的高温出口分别连接各自的分吸收式制冷机组的蒸发器对外入口。

如图5所示，本发明提供的利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置包括：置于乙烯裂解炉F余热排出段的烟气余热换热器S，依次连接于所述烟气余热换热器S高温出口的高温蒸汽换热器HH和中温蒸汽换热器MH，所述中温蒸汽换热器MH的低温出口通过管道，阀门及载热流体循环泵PH与所述烟气余热换热器S低温入口相连；其特征在于，还包括：吸收制冷机组A、载冷流体循环泵PR和后续用冷工艺段R；

所述吸收式制冷机组A的发生器置于所述中温蒸汽换热器MH出口；吸收式制冷机组A的蒸发器对外出口通过载冷流体循环泵PR连接后续用冷工艺段R的低温入口，后续用冷工艺段R的高温出口连接吸收式制冷机组A的蒸发器对外入口。

如图6所示，所述的吸收式制冷机组A由n个并列的产生不同温度冷量的分吸收式制冷机组(A1、A2，……An)组成；相应的，载冷流体循环泵PR分别由并列的n个载冷流体循环泵(PR1，PR2，……PRn)组成，后续用冷工艺段R分别由并列的n个后续用冷工艺段(R1,R2,……Rn)组成，所述n为1～50的正整数；其连接方式为：吸收式制冷机组(A)的每一个分吸收式制冷机组的发生器依次连接于所述中温蒸汽换热器(MH)出口；每一个分吸收式制冷机组的蒸发器对外出口分别通过各自的载冷流体循环泵连接各自的后续用冷工艺段的低温入口；每一个后续用冷工艺段的高温出口分别连接各自的分吸收式制冷机组的蒸发器对外入口。

本发明的利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置：使用吸收式制冷机组A直接将烟气部分余热转换所需各温位制冷量，特别是使乙烯裂解炉的200℃以下的低品位余热得到更加有效的充分利用，更好地实现余热分级(分温位)高效转换，使能源利用效率得到有效提高，并使工艺、设备得到减化。

附图说明：

图1现有技术乙烯装置裂解炉烟气余热利用工艺简图；

图2现有高压蒸汽驱动压缩制冷系统工艺简图；

图3本发明的吸收器置于裂解炉的烟气余热利用工艺简图；

图4本发明的吸收器置于裂解炉的多级烟气余热利用工艺简图；

图5本发明的吸收器置于中温蒸汽换热器后的烟气余热利用工艺简图；

图6本发明的吸收器置于中温蒸汽换热器后的多级烟气余热利用工艺简图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步阐述本发明。

实施例1：

如图3所示，采用氨水吸收式制冷机组将乙烯裂解炉烟气余热转换为后续用冷工艺段所需的-60℃低温冷量，使用的设备由置于乙烯裂解炉F余热排出段的烟气余热换热器S、高温蒸汽换热器HH、中温蒸汽换热器MH、低温蒸汽换热器LH、载热流体循环泵PH、吸收制冷机组A、载冷流体循环泵PR和后续用冷工艺段R及管道和阀门组成，其连接方式为：烟气余热换热器S高温出口连接高温蒸汽换热器HH的高温入口，高温蒸汽换热器HH的低温出口连接中温蒸汽换热器MH的高温入口，中温蒸汽换热器MH的低温出口连接低温蒸汽换热器LH的高温入口，低温蒸汽换热器LH的低温出口连接载热流体循环泵PH入口，载热流体循环泵PH出口连接烟气余热换热器S的低温入口；氨水吸收式制冷机组A的发生器置于乙烯裂解炉F的余热排出段，直接吸收乙烯裂解炉F余热；氨水吸收式制冷机组A的蒸发器对外出口连接载冷流体循环泵PR入口，载冷流体循环泵PR出口连接后续用冷工艺段R的低温入口，后续用冷工艺段R的高温出口连接氨水吸收式制冷机组A的蒸发器对外入口。

实施例2：

如图4所示，采用氨水吸收式制冷系统将乙烯裂解炉烟气余热转换为后续工段所需的-60℃至0℃低温环境，使用的设备由置于乙烯裂解炉F余热排出段的烟气余热换热器S、高温蒸汽换热器HH、中温蒸汽换热器MH、低温蒸汽换热器LH、载热流体循环泵PH、吸收制冷机组A、载冷流体循环泵PR和后续用冷工艺段R及管道及阀门等组成，其连接方式为：烟气余热换热器S高温出口连接高温蒸汽换热器HH的高温入口，高温蒸汽换热器HH的低温出口连接中温蒸汽换热器MH的高温入口，中温蒸汽换热器MH的低温出口连接低温蒸汽换热器LH的高温入口，低温蒸汽换热器LH的低温出口连接载热流体循环泵(PH)入口，载热流体循环泵(PH)出口连接烟气余热换热器S的低温入口；氨水吸收式制冷机组A由n(n＝50)个产生不同温度冷量的分吸收式制冷机组(A1、A2……An)并列组成，相应的，载冷流体循环泵PR和后续用冷工艺段R也由n(n＝50)个载冷流体循环泵(PR1、PR2……PRn)和n(n＝50)个后续用冷工艺段(R1、R2……Rn)并列组成；其连接方式为：吸收式制冷机组的每一个分吸收式制冷机组的发生器分别置于乙烯裂解炉F的余热排出段直接吸收乙烯裂解炉F余热；每一个分吸收式制冷机组的蒸发器对外出口分别通过各自的载冷流体循环泵连接各自的后续用冷工艺段的低温入口；每一个后续用冷工艺段的高温出口分别连接各自的分吸收式制冷机组的蒸发器对外入口。

本实施例的分吸收式制冷机组A1、A2……An(A50)以10个为一组可以分别为后续用冷工艺段提供-60、-45、-30、-15、0℃温区的冷量。

实施例3：

如图5所示，采用溴化锂吸收式制冷系统将乙烯裂解炉烟气余热转换为后续工段所需的10℃温区冷量，使用的设备由置于乙烯裂解炉F余热排出段的烟气余热换热器S、、高温蒸汽换热器HH、中温蒸汽换热器MH、载热流体循环泵PH、溴化锂吸收制冷机组A、载冷流体循环泵PR和后续用冷工艺段R及管道及阀门等组成，其连接方式为：烟气余热换热器S高温出口连接高温蒸汽换热器HH的高温入口，高温蒸汽换热器HH的低温出口连接中温蒸汽换热器MH的高温入口，中温蒸汽换热器MH的低温出口连接溴化锂吸收式制冷机组A的发生器入口，溴化锂吸收式制冷机组A的发生器出口连接载热流体循环泵PH入口，载热流体循环泵PH出口连接烟气余热换热器S的低温入口；溴化锂吸收式制冷机组A的蒸发器对外出口连接载冷流体循环泵PR入口，载冷流体循环泵PR出口连接后续用冷工艺段R的低温入口，后续用冷工艺段R的高温出口连接溴化锂吸收式制冷机组A的蒸发器对外入口。

实施例4：

如图6所示，采用氨水吸收式制冷系统将乙烯裂解炉烟气余热转换为后续工段所需的-20℃至0℃低温环境，使用的设备由置于乙烯裂解炉F的余热排出段的烟气余热换热器S、高温蒸汽换热器HH、中温蒸汽换热器MH、载热流体循环泵PH、吸收制冷机组、载冷流体循环泵PR和后续用冷工艺段R及管道及阀门等组成，其连接方式为：烟气余热换热器S高温出口连接高温蒸汽换热器HH的高温入口，高温蒸汽换热器(HH)的低温出口连接中温蒸汽换热器MH高温入口，中温蒸汽换热器MH的低温出口连接溴化锂吸收式制冷机组的发生器入口，溴化锂吸收式制冷机组的发生器出口连接载热流体循环泵PH入口，载热流体循环泵(PH)出口连接烟气余热换热器S的低温入口；氨水吸收式制冷机组由30个产生不同温度冷量的分吸收式制冷机组(A1，A2……A30)并列组成，相应的，载冷流体循环泵和后用冷工艺段也由30个载冷流体循环泵(PR1，PR2……PR30)和后续用冷工艺段(R1，R2……R30)并列组成，其连接方式为：吸收式制冷机组的30个发生器依次连接中温蒸汽换热器MH的出口；吸收式制冷机组的30个蒸发器对外出口分别连接每个载冷流体循环泵入口，每个载冷流体循环泵出口分别连接每个后续用冷工艺段低温入口，每个后续用冷工艺段的高温出口连接每个吸收式制冷机组的蒸发器对外入口。本实施例的30个吸收式制冷机组可以分别为各自的后续用冷工艺段提供-20、-10、0℃温区的冷量。

本发明的吸收式制冷机组A由n个并列的产生不同温度冷量的分吸收式制冷机组(A1、A2、……An)组成；相应的，载冷流体循环泵PR分别由并列的n个载冷流体循环泵(PR1、PR2、……PRn)组成，后续用冷工艺段R分别由并列的n个后续用冷工艺段(R1、R2、……Rn)组成，所述n为1～50的正整数；在此不再一一赘述。

Claims (6)

1.一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，其为采用乙烯裂解炉烟气的部分余热的制冷装置；所述利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置包括：置于乙烯裂解炉(F)余热排出段的烟气余热换热器(S)，依次连接于所述烟气余热换热器(S)高温出口的高温蒸汽换热器(HH)、中温蒸汽换热器(MH)和低温蒸汽换热器(LH)，所述低温蒸汽换热器(LH)的低温出口通过管道，阀门及载热流体循环泵(PH)与所述烟气余热换热器(S)低温入口相连；其特征在于，还包括：吸收制冷机组(A)、载冷流体循环泵(PR)和后续用冷工艺段(R)；

所述吸收式制冷机组(A)的发生器置于乙烯裂解炉(F)的余热排出段；吸收式制冷机组(A)的蒸发器对外出口通过载冷流体循环泵(PR)连接后续用冷工艺段(R)的低温入口，后续用冷工艺段(R)的高温出口连接吸收式制冷机组(A)的蒸发器对外入口。

2.按权利要求1所述的利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，其特征在于，所述制冷装置为采用乙烯裂解炉烟气的200℃以下的低品位余热驱动的制冷装置。

3.按权利要求1或2所述的利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，其特征在于，

所述的吸收式制冷机组(A)由n个并列的产生不同温度冷量的分吸收式制冷机组(A1，A2，……An)组成；相应的，载冷流体循环泵(PR)分别由并列的n个载冷流体循环泵(PR1，PR2，……PRn)组成，后续用冷工艺段(R)分别由并列的n个后续用冷工艺段(R1，R2，……Rn)组成，所述n为1～50的正整数；其连接方式为：吸收式制冷机组(A)的每一个分吸收式制冷机组的发生器分别置于乙烯裂解炉(F)的余热排出段，以直接吸收乙烯裂解炉(F)余热；每一个分吸收式制冷机组的蒸发器对外出口分别通过各自的载冷流体循环泵连接各自的后续用冷工艺段的低温入口；每一个后续用冷工艺段的高温出口分别连接各自的分吸收式制冷机组的蒸发器对外入口。

4.一种利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，其为采用乙烯裂解炉烟气的部分余热驱动的制冷装置；所述利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置包括：置于乙烯裂解炉(F)余热排出段的烟气余热换热器(S)，依次连接于所述烟气余热换热器(S)高温出口的高温蒸汽换热器(HH)和中温蒸汽换热器(MH)，所述中温蒸汽换热器(MH)的低温出口通过管道，阀门及载热流体循环泵(PH)与所述烟气余热换热器(S)低温入口相连；其特征在于，还包括：吸收制冷机组(A)、载冷流体循环泵(PR)和后续用冷工艺段(R)；

所述吸收式制冷机组(A)的发生器置于所述中温蒸汽换热器(MH)出口；吸收式制冷机组(A)的蒸发器对外出口通过载冷流体循环泵(PR)连接后续用冷工艺段(R)的低温入口，后续用冷工艺段(R)的高温出口连接吸收式制冷机组(A)的蒸发器对外入口。

5.按权利要求4所述的利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，其特征在于，所述制冷装置为采用乙烯裂解炉烟气的200℃以下的低品位余热驱动的制冷装置。

6.按权利要求4或5所述的利用乙烯裂解炉烟气余热驱动的制冷装置，其特征在于，

所述的吸收式制冷机组(A)由n个并列的产生不同温度冷量的分吸收式制冷机组(A1、A2，……An)组成；相应的，载冷流体循环泵(PR)分别由并列的n个载冷流体循环泵(PR1，PR2，……PRn)组成，后续用冷工艺段(R)分别由并列的n个后续用冷工艺段(R1,R2,……Rn)组成，所述n为1～50的正整数；其连接方式为：吸收式制冷机组(A)的每一个分吸收式制冷机组的发生器依次连接于所述中温蒸汽换热器(MH)出口；每一个分吸收式制冷机组的蒸发器对外出口分别通过各自的载冷流体循环泵连接各自的后续用冷工艺段的低温入口；每一个后续用冷工艺段的高温出口分别连接各自的分吸收式制冷机组的蒸发器对外入口。